综述：阿霉素诱导心脏衰老的机制及潜在治疗策略

《Biomolecules》：Mechanisms of Doxorubicin-Induced Cardiac Senescence and Potential Therapeutic Strategies

　　

阿霉素（DOX）是一种广泛使用的蒽环类化疗药物；然而，其临床应用受到剂量依赖性心脏毒性的限制，这可能导致进行性心脏功能障碍和心力衰竭。越来越多的证据表明，DOX诱导的心脏毒性与过早的心脏衰老密切相关，这是一种不同于生理性心脏衰老的病理过程。DOX诱导多种心脏细胞群发生衰老相关改变，破坏心脏稳态并促进病理重构。本综述总结了DOX诱导心脏衰老的最新进展，重点关注不同心脏细胞类型的贡献、潜在的分子机制以及新兴的治疗策略。研究人员进一步讨论了在减轻心脏衰老的同时保留DOX抗癌功效方面开发有效干预措施所面临的挑战和未来前景。了解驱动DOX诱导心脏衰老的机制可能为开发有效的心脏保护策略和改善化疗后的长期心脏预后提供新的机会。

1. 1.
   引言
   阿霉素（DOX）是一种广泛使用的蒽环类化疗药物，对多种癌症具有治疗效果，但其临床应用受限于剂量依赖性心脏毒性。传统机制如氧化应激、线粒体功能障碍、DNA损伤等无法完全解释化疗后持续和延迟的心脏恶化。越来越多的证据表明，DOX诱导的心脏毒性与过早的心脏衰老密切相关，这是一种由化疗相关细胞损伤（特别是DNA损伤和线粒体应激）引发的加速病理过程，不同于逐渐发展的生理性心脏衰老。细胞衰老的特征包括稳定的细胞周期停滞、持续的应激反应、代谢改变以及获得衰老相关分泌表型（SASP）。DOX暴露后，持续的DNA损伤反应、线粒体功能障碍和炎症激活促进衰老表型并损害心脏稳态。DOX诱导的心脏衰老是一个多细胞病理过程，除心肌细胞外，心脏成纤维细胞、内皮细胞、血管平滑肌细胞、心脏祖/干细胞和免疫细胞均通过细胞间通讯改变、炎症信号、细胞外基质重塑和受损组织修复参与衰老相关重构。在分子层面，DOX诱导的心脏衰老受氧化应激、端粒功能障碍、线粒体损伤、SASP相关炎症信号、非编码RNA调控、自噬破坏和凋亡等通路调控。本综述总结了DOX诱导心脏衰老的细胞贡献、分子机制和干预策略，包括营养干预、运动训练、机制靶向药物、衰老靶向疗法和中药。DOX诱导的心脏衰老与生理性心脏衰老有共同特征，但起始事件不同，本综述主要聚焦DOX模型的直接机制和治疗的证据。
2. 2.
   参与DOX诱导心脏衰老的细胞类型
   细胞衰老是一个异质性过程，根据起始刺激可分为复制性衰老、癌基因诱导衰老和应激诱导的过早衰老。DOX诱导的心脏衰老是化疗相关细胞损伤引发的应激诱导过早衰老的特定形式，涉及多种心脏细胞类型，其机制各异导致不同病理表型。

2.1. 心肌细胞

心肌细胞是终末分化细胞，再生能力有限，易受应激诱导衰老。DOX暴露诱导心肌细胞出现衰老样表型，包括SA-β-gal活性增加、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂升高、收缩功能受损和端粒酶活性降低。氧化应激和DNA损伤反应是核心事件，DOX通过氧化还原循环产生活性氧（ROS），低剂量通过PML相关p53激活促进过早衰老。端粒结合蛋白TRF1和TRF2表达降低导致端粒功能障碍和持续衰老，而高剂量倾向凋亡。睾酮通过激活雄激素受体（AR）-PI3K/AKT/NOS3信号通路维持TRF2表达，减轻衰老。线粒体功能障碍方面，DOX促进Drp1介导的线粒体分裂，导致线粒体动力学受损和代谢功能障碍。此外，lincRNA-p21介导的Wnt/β-catenin信号通路促进衰老。C5a/C5aR轴激活和TXNIP介导的NLRP3炎症小体激活进一步放大炎症和衰老表型。持续衰老积累导致进行性心脏功能障碍和迟发性心脏毒性。

2.2. 心脏成纤维细胞

心脏成纤维细胞（CFs）是细胞外基质（ECM）稳态和心脏重构的关键调节者。DOX暴露后，CFs经历成纤维细胞-肌成纤维细胞转化（FMT），伴随纤维化基因和炎症介质表达增加，促进ECM重塑和心肌纤维化。同时，DOX诱导的DNA损伤激活p53信号并损害线粒体质量控制，阻止Parkin介导的线粒体自噬，导致线粒体功能障碍和迁移能力降低。持续应激促进CFs衰老，其释放的细胞外囊泡（EVs）通过AMPKα依赖性自噬调节自身自分泌信号。基质细胞蛋白CCN5（WISP2）通过减少p53/p21激活、SA-β-gal活性和γH2AX积累抑制DOX诱导的CFs衰老。

2.3. 内皮细胞

内皮细胞（ECs）维持血管稳态，DOX通过线粒体功能障碍、氧化应激、DNA损伤和炎症激活诱导内皮衰老。DOX增加线粒体ROS产生，激活NLRP3炎症小体/IL-1β轴，而二甲双胍抑制SASP分泌。维生素D3通过激活AMPKα/SIRT1/FoxO3a通路和上调IL-10减轻衰老。内皮衰老直接导致血管功能障碍，表现为内皮依赖性血管舒张受损、一氧化氮生物利用度降低，而衰老细胞清除疗法可改善血管功能。

2.4. 血管平滑肌细胞（VSMCs）

DOX诱导人VSMCs过早衰老，表现为SA-β-gal活性增加、增殖能力降低和细胞周期停滞。机制上，DOX通过uPAR依赖的TRF2降解导致端粒功能障碍，激活DNA损伤反应。NOX4表达降低与衰老相关，但其因果作用未明确。衰老VSMCs通过SASP分泌和NLRP3炎症小体激活放大血管炎症，并在促钙化条件下促进促钙化表型。

2.5. 间充质干细胞

间充质干细胞（MSCs）主要通过旁分泌信号参与心脏修复。DOX诱导MSCs衰老样改变，包括SA-β-gal活性增加、增殖减少和DNA损伤积累，并伴随炎症激活和NF-κB信号增强，可能损害其修复功能。DOX还诱导DNA损伤反应，损害MSCs的存活和增殖能力。

2.6. 其他细胞类型及心脏衰老的细胞间调控

心脏祖细胞（CPCs）对DOX敏感，暴露后存活和增殖能力下降，再生和旁分泌功能受损。衰老心脏细胞通过SASP建立复杂的细胞间通讯网络，释放炎症因子、趋化因子等，以旁分泌方式在细胞群间传播衰老信号。SASP因子如IL-1β、IL-6、TNF-α和CCL2调节免疫细胞募集和激活，持续的炎症信号促进衰老细胞积累，形成自我强化的炎症微环境。此外，DOX的致衰老效应不限于心脏，也可引起多器官系统衰老样改变，心脏因其高代谢需求和有限再生能力尤为脆弱。

1. 3.
   DOX诱导心脏衰老的机制
   不同心脏细胞群的衰老表型汇聚于几个保守的分子通路，包括氧化应激、端粒功能障碍、线粒体功能障碍、SASP、非编码RNA、自噬和凋亡。

3.1. 氧化应激

氧化应激是DOX诱导心脏衰老的早期关键事件。DOX经单电子还原形成半醌自由基，与氧反应生成ROS，铁依赖性氧化还原循环和抗氧化能力受损进一步促进ROS积累。氧化应激是衰老的上游驱动因素，低剂量DOX诱导心肌细胞过早衰老，过量ROS促进DNA损伤反应和炎症激活。氧化应激与C5a/C5aR轴和lincRNA-p21/Wnt/β-catenin通路交互作用，放大衰老过程。

3.2. 端粒功能障碍

端粒通过 shelterin 蛋白维持染色体末端稳定性，端粒缩短或功能障碍激活持续的DNA损伤反应（DDR），导致细胞周期停滞。DOX通过下调端粒结合蛋白TRF1和TRF2破坏端粒稳态，低剂量减少TRF1/TRF2表达诱导衰老，高剂量引起严重端粒损伤和凋亡。睾酮通过PI3K/Akt/eNOS通路恢复TRF2表达可减轻衰老。SIRT6缺失也促进端粒缩短和心脏衰老，表明DOX破坏端粒完整性是心脏细胞衰老的重要机制。

3.3. 线粒体动力学和功能障碍

线粒体动力学由融合和分裂过程调节，对维持代谢稳态至关重要。MARCH5缺失通过DRP1和MFN1失调诱导衰老。心肌细胞高度依赖线粒体氧化代谢，线粒体动力学失衡严重影响心脏稳态。DOX破坏线粒体融合-分裂平衡，导致线粒体应激和衰老表型。木犀草素通过减少DRP1相关线粒体异常减轻DOX心脏毒性。此外，化疗应激通过ERK5 S496磷酸化介导的PARP激活导致NAD⁺耗竭和线粒体功能障碍，形成核-线粒体正反馈环，维持促炎衰老表型。

3.4. 衰老相关分泌表型（SASP）和炎症信号

SASP是衰老细胞的关键特征，分泌炎症介质、生长因子和基质重塑分子，通过旁分泌强化炎症和衰老传播。NF-κB是SASP炎症反应的中央调节因子。DOX诱导心肌细胞SASP，促进邻近细胞继发性衰老，清除这些衰老细胞可减轻心脏毒性。调节miR-199a-3p可减少SASP产生并抑制细胞内分泌老传播。

3.5. 非编码RNA

非编码RNA（ncRNAs）包括microRNAs（miRNAs）、长链非编码RNA（lncRNAs）和环状RNA（circRNAs），在转录和转录后水平调节基因表达。Circ-Foxo3在衰老心脏和DOX模型中增加，其抑制减轻心脏损伤。LincRNA-p21通过Wnt/β-catenin通路促进心肌细胞衰老。miR-34a靶向PNUTS促进衰老。相反，miR-199a-3p过表达促进心肌细胞周期再进入和增殖；MIF处理的MSCs来源的外泌体lncRNA-NEAT1通过海绵吸附miR-221-3p并激活Sirt2信号减轻DOX诱导的心脏衰老。

3.6. 自噬

自噬是维持蛋白质和细胞器稳态的质量控制机制。年龄相关的自噬能力下降与心脏衰老相关。DOX破坏自噬稳态，而激活自噬可减轻衰老。Cepharanthine通过mTOR通路激活自噬，Sirt3通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路激活自噬减轻DOX诱导的衰老。选择性线粒体自噬（mitophagy）由Parkin增强TBK1相关通路改善年龄相关心脏重构，表明自噬受损是连接DOX应激、细胞器质量控制缺陷和心脏衰老的重要机制。

3.7. 凋亡

凋亡通过促进心肌细胞丢失损害心脏修复。DOX根据应激强度诱导凋亡或衰老，端粒结合因子TRF1和TRF2调控这一平衡。DOX还导致心脏祖细胞池耗竭，损害心肌再生，加速的心肌细胞衰老促进迟发性心脏毒性。

1. 4.
   靶向DOX诱导心脏衰老的干预策略
   DOX诱导的细胞衰老是心脏毒性的关键机制，患者左心室中衰老标志物增加，为衰老靶向治疗提供依据。

4.1. 整体非药物干预

4.1.1. 饮食和营养干预

高脂饮食（HFD）加剧DOX心脏损伤，而低脂饮食可部分逆转。二十二碳六烯酸（DHA）减轻DOX细胞毒性和ROS产生。迷迭香酸通过14-3-3/FoxO1轴调节减少衰老；Fruitflow减轻H9c2细胞毒性和心脏血脂异常。这些表明营养状态和生物活性化合物可调节对DOX损伤的易感性。

4.1.2. 运动训练

运动训练通过改善线粒体功能、减轻氧化应激、维持钙稳态、抑制凋亡和减少心肌纤维化保护心脏。运动上调ADAR2，通过miR-34a/SIRT1轴激活内源性保护；还改善线粒体代谢和铁稳态，并调节B细胞反应减轻免疫失调。尽管直接抑制心肌细胞衰老的证据有限，运动仍是延缓过早心脏衰老的潜在辅助策略。

4.2. 机制靶向药物

靶向衰老上游调节剂的药物通过调节氧化应激、线粒体稳态、炎症和细胞周期来减轻衰老。小檗碱通过Klotho/SIRT1轴减轻衰老；睾酮通过AR-PI3K/AKT/NOS3通路维持TRF2；罗氟司特通过SIRT1激活抑制衰老。CRIF1过表达通过抑制PXDN保护线粒体功能；Semaglutide通过PI3K/AKT改善BNIP3线粒体功能障碍；CD38抑制维持NAD稳态；5-氧脯氨酸通过5-氧脯氨酸/OPLAH轴恢复谷胱甘肽代谢；Tirzepatide通过阻止HRD1介导的Nrf2泛素化减轻氧化应激和凋亡。非编码RNA和细胞外囊泡策略如miR-199a-3p过表达和MIF预处理MSCs来源的外泌体lncRNA-NEAT1也显示抗衰潜力。阿司匹林在幼年小鼠中减轻全身晚期副作用并减少成纤维细胞衰老标志物，但心脏特异性效果待验证。

4.3. 衰老靶向治疗策略

4.3.1. 衰老表型调节策略（Senomorphic）

二甲双胍通过抑制JNK和NF-κB通路减少SASP分泌，减轻DOX诱导的衰老和炎症。Salvia haenkei标准化提取物（Haenkenium）及其主要成分木犀草素破坏p16^INK4a-CDK6相互作用，抑制衰老进展。Redd1是p38 MAPK下游效应因子，沉默Redd1抑制p65磷酸化和核转位，阻止衰老。Honokiol通过抑制TXNIP介导的NLRP3炎症小体激活减轻H9c2细胞衰老。但在工程化心脏组织和人心肌细胞中，AICAR和白藜芦醇虽减少衰老标志物，却不能完全恢复收缩功能，提示单独调节衰老通路可能不足以预防心脏功能障碍。

4.3.2. 衰老细胞清除策略（Senolytic）

Navitoclax在DOX处理小鼠中显著减少衰老标志物和心脏毒性，恢复心功能。ABT-199选择性清除SASP阳性心肌细胞，减轻心脏损伤。达沙替尼联合槲皮素使DOX处理的人心脏类器官恢复活力，减少氧化应激、DNA损伤和SASP。USP7抑制通过恢复p53信号选择性诱导衰老细胞凋亡。靶向线粒体-内质网接触位点（MERCSs）的Ca²⁺转移障碍是新兴的衰老细胞清除靶点。恢复自噬可减轻衰老，ABT-263减少衰老心肌细胞积累并改善心功能。

4.4. MSC衍生的旁分泌和细胞外囊泡方法

MSCs衍生的旁分泌因子和细胞外囊泡主要通过转移生物活性分子发挥保护作用。MSCs治疗通过VEGF/Notch/TGF-β和miR-34a相关通路减少衰老标志物；MIF预处理的MSCs来源细胞外囊泡递送lncRNA-NEAT1，抑制miR-221-3p并增强Sirt2信号。MSCs分泌组还能维持线粒体代谢和能量产生，但这些方法仍主要处于临床前阶段。

4.5. 中药

中药（TCM）在减轻DOX心脏毒性方面潜力显著，主要通过靶向线粒体功能障碍、氧化应激、自噬失衡、程序性细胞死亡和炎症信号。参麦注射液通过AMPK和PI3K/Akt/GSK-3β通路保护线粒体；芪参颗粒和苓桂术甘汤分别通过SIRT3/SOD2和AMPK–FOXO3a通路改善线粒体功能。发酵冬虫夏草也通过AMPK相关机制增强抗氧化能力。天麻素通过AMPK/mTOR/4EBP1依赖性自噬减少SA-β-gal活性和p16/p21/p53表达。人参和党参多糖通过TLRs/SAPS2/PPP6C/NF-κB通路抑制衰老相关炎症。此外，人参皂苷Rb1减少氧化应激、过度自噬和铁死亡；生脉饮和当归补血汤分别抑制铁死亡和ZBP1介导的PANoptosis。中药成分复杂，其疗效可能源于单一成分或多种成分协同，未来需结合活性导向分离、化学标准化、多组学和药代动力学研究明确主要活性成分。

1. 5.
   结论与未来展望
   DOX诱导的心脏损伤与过早心脏衰老密切相关，涉及多种心脏细胞类型和保守分子通路。治疗策略正从传统心脏保护转向衰老靶向干预，包括衰老表型调节、衰老细胞清除、线粒体和代谢调节以及MSC衍生囊泡。中药也显示出通过调节线粒体、氧化应激、自噬和炎症来减轻衰老相关损伤的前景。未来研究应聚焦于鉴定临床适用的生物标志物、阐明细胞特异性机制、在临床相关模型中验证衰老靶向疗法，并确保干预措施在保护心脏的同时不损害DOX的抗癌疗效。